光学测试技术复习解析

光学检测原理复习提纲

第一章 基本光学测量技术

一、光学测量中的对准与调焦技术

1、对准和调焦的概念(哪个是横向对准与纵向对准？) P1

对准又称横向对准，指一个目标与比较标志在垂轴方向的重合。调焦又称纵向对准，是指一个目标像与比较标志在瞄准轴方向的重合。 2、常见的五种对准方式。 P2 压线对准，游标对准。。。。 3、常见的调焦方法

最简便的调焦方法是：清晰度法和消视差法。p2 二、光学测试装置的基本部件及其组合

1、平行光管的组成、作用；平行光管的分划板的形式（abcd ）。P14 作用：提供无限远的目标或给出一束平行光。

组成:由一个望远物镜（或照相物镜）和一个安置在物镜 焦平面上的分划板。二者由镜筒连在一起，焦距 1000mm 以上的平行光管一般都带有伸缩筒，伸缩筒 的滑动量即分划板离开焦面的距离，该距离可由伸 缩筒上的刻度给出，移动伸缩筒即能给出不同远近 距离的分划像（目标）。

2、什么是自准直目镜（P15）（可否单独使用？），自准直法？

一种带有分划板及分划板照明装置的目镜。Zz 自准直：利用光学成像原理使物和像都在同一平面上。

3、；高斯式自准直目镜（P16）、阿贝式自准直目镜（P16）、双分划板式自准直目镜（P17）三种自准直目镜的工作原理、特点。P15—p17（概念，填空或判断）

1高斯式自准直目镜缺点--分划板只能采用透明板上刻不透光刻线的形式，不能采用不透明板上刻透光刻线的形式，因而像的对比度较低，且分束板的光能损失大，还会产生较强的杂光。 2阿贝式自准直目镜---特点射向平面镜的光线不能沿其法线入射，否则看不到亮“+”字线像。阿贝目镜大大改善了像的对比度，且目镜结构紧凑，焦距较短，容易做成高倍率的自准直仪。 主要缺点：直接瞄准目标时的视轴（“+”字刻度线中心与物镜后节点连线）与自准直时平面

（a ）"+"字或"+"字

刻线分划板； （b ）分辨率板； （c ）星点板； （d ）玻罗板

镜的法线不重合；且视场被部分遮挡。

3双分划板式自准直目镜--要求两块分划板都要位于物镜焦面上，且二者刻线中心应位于同一条视轴上。特点这种自准直目镜能实现视轴与平面镜法线重合，且像的对比度好。但光能损失较阿贝目镜大，结构较复杂；其中一块分划板若有垂轴方向移动则造成自准时平面镜法线与视轴不重合，故不如高斯目镜可靠。

三、光学测量误差

1、误差的来源归结为4个方面……；误差的分类3个：定义。P20—P21

误差的来源：a 、设备误差（标准器件误差、装置误差）；b 、环境误差（温度、湿度、振动、照明等与标准状态不一致；电磁干扰；某些高能粒子对光电探测器干扰等）；c 、人员误差（人眼分辨率有限，操作水平不高或固有习惯、感觉器官的生理变化等引起的操作和观测误差）； d 、方法误差（采用的数学模型不完善，采用近似测量方法或由于对该项测量研究不充分等）。 误差的分类：a 、系统误差测量条件改变时，按照确定规律变化的误差称为系统误差。 包括仪器的制造误差、校准或调整误差、标准件的量值误差等。

b 、偶然误差（随机误差）在相同的测量条件下，多次测量同一量时，误差的绝对值和符号以不可预测的方式变化的误差称为偶然误差。

c 、粗大误差超出在规定条件下预期的误差称为

粗大误差。

四、焦距和顶焦距的测量p32

1、测负透镜焦距时，焦距与显微镜工作距离关系。 由于负透镜成虚像，用测量显微镜观测这个像时， 显微镜的工作距离必须大于负透镜的焦 否则看不到刻线像。

若显微物镜的放大率为β，通过测量显微镜读得y ″，则得y ″=y ′*β， 即被测透镜的焦距：

2、使用的分划板

灵活应用公式进行焦距计算

43、思考题：要测量一镜片的焦距，已知玻罗板上某刻线对的间距为30mm ，测量显微物镜放大倍率10x ，平行光管物镜的焦距1200mm ，通过测量显微镜的目镜测得玻罗板上刻线像的间距为4mm ，试求出该镜片的焦距。 （注经过显微镜后存在放大倍率问题）

y

y c f f ''-=β

y y

c f f '''

'=

第二章光学准直与自准直技术

一、激光准直与自准直技术

激光束有很高的亮度和相当好的方向性。可利用倒装望远镜对激光束再进行细化和准直。

二、自准直法测量平面光学零件光学平行度

1、第一光学平行度θⅠ、第二光学平行度θⅡ定义。P48

角度误差造成两平面在入射光轴截面内的不平行，称为第一光学平行度θI

棱差则造成垂直于入射光轴截面内的不平行，称为第二光学平行度θII。

三、自准直法测量球面曲率半径和焦距

1、自准球径仪（图2-12）的工作原理（要求会画原理图）。P50—51

一、自准直法测量球面曲率半径

以抛光的被测球面作反射面，当投射到球面上的光线沿球面法线方向入射时，反射光线

′上生成自身的清晰像。

2（夹持器作用）P53—54

作业

当自准直显微镜3调焦在被测透镜2的焦点F′上时，从自准直显微镜射出的光束经被测透镜后成平行光射向平面镜1.

调节平面镜使它垂直于入射光束，则反射光按原路返回，在显微镜分划板上成清晰无视差的自准像，记下显微镜的位置度数B1；

轴向移动自准直显微镜，到调焦在透镜表面顶点A上时又一次获得清晰无视差的自准像，再记下位置度数B2

.

当自准直显微镜调焦在被测透镜焦点F′上，并看到清晰无视差的自准直像时，绕垂直轴左右摆动透镜夹持器（摆动范围±5°以内），若看到自准直像左右移动，则轴向移动被测透镜，到夹持器摆动时，自准像不动，就说明后节点已位于垂直轴上了。这时垂直轴中心到自准直

1

B

-

显微镜调焦点F′的距离就等于被测透镜的焦距。测量焦距时，虽然少了一次调焦误差，但增加了确定节点位置的误差和确定夹持器垂直中心位置的误差。

第三章测角技术及其应用

一、光学测量用的精密测角仪

一般的精密测角仪的结构。P60

国内外著名的精密测角仪，其角度基准器几乎都是利用计量光栅制成的。计量光栅还具有信号强、反差高、非接触、响应速度快和便于控制等特点，因此它广泛应用于角度的精密计量中。关键部分圆分度器件（度盘、多面体、圆光栅、光学轴角编码器、感应同步器）

二、测角技术的应用

1、在精密测角仪上测量棱镜的角度的原理和计算公式。P61 图3-6

1、使平行光管视轴和自准直望远镜视轴组成一锐角先

使构成被测角A的一个工作面①转到图示位置，并调节到

自准直望远镜中看到平行光管狭缝的像。当狭缝像与自

准直望远镜分划板刻线对准时，就表明平面①的法线正

处在该锐角的角平分线上。此时从度盘上可以取得一读

数。

2在工作台上可以按图所示那样来放置被测棱镜。

这时转动调平螺丝3能使平面②倾斜，而对平面①

的影响很小。当转动调平螺钉2时

而对平面②的影响很小。

2、折射率定义（p62）；

折射率：光在真空中的传播速度与在介质中的转播速度之比，但是要通过测量光速度来得到折射率显然是很难办到的，光学玻璃折射率的测量主要借助于折射定律，即通过测量光线在不同介质中传播时偏折的角度来实现的，测角技术是测量光学玻璃折射率的基础。

并要知道：光学玻璃折射率是通过测量光线在不同介质中传播时偏折的角度来换算的。V棱镜法就是通过测量偏折角θ的准确值，计算出被测玻璃的折射率n 。

3、V棱镜法测量原理；对V棱镜的要求；对被测样品的要求；折射液的作用。p62

原理：以单色平行光垂直射入V棱镜的AB面。如果被测样品的折射率n和已知的V棱镜折

射率n0相同，则整个V 棱镜加上被测玻 璃样品就像一块平行平板玻璃一样，光线 在两接触面上不发生偏折，所以最后的出 射光线也将不发生任何偏折。

如果两者折射率不相等，则光线在接触面 上发生偏折，最后的出射光线相对于入射

光线就要产生一偏折角θ。偏折角θ的大小和被测玻璃样品的折射率n 有关。(上原理图） V 棱镜法就是通过测量偏折角θ的准确值，计算出被测玻璃的折射率n 。

测得出射光线相对于最初入射光线方向的偏折角θ， 根据已知的V 棱镜材料折射率n0，就可以计算出被测玻璃的折射率n 。 折射液的作用：

防止光线在界面上发生全反射；

即使样品加工90°角不准确，加上折射液之后，近似于一个准确的90°角； 样品表面只需细磨，免去抛光的麻烦。

5、精密测角法测量物镜长焦距的测量原理、公式（精密测角仪上测量）。P66—67

其中A 和B 是它上面的

两条间隔为2y0的刻线。两刻线对被测物镜主点的张角为2w ，则当刻线尺或者分划板被照亮后，刻线上A 和B 两点发出的光束经过被测物镜后，成为两束夹角为2w 的平行光。用测角仪器上的望远镜先后对准刻线A 和B ，则望远镜转过的角度就是2w ，得出被测物镜的焦距为 f ′=y0/tg ω。

6、自聚焦透镜数值孔径测量时积分球作用。

第四章 光学干涉测量技术

一、干涉测量基础

1、样板检测原理 基于光波等厚干涉原理

是一种接触的干涉检验法，它利用样板的标准面与零件的被检面重合在一起，由干涉条纹的

1

2

2

(sin n n θ=±2

ω

tan 0

'y

f =

形状和数量及加压时条纹的移动方向判断面形偏差 玻璃样板法

2、国标GB2813-81规定的光圈识别方法、并灵活应用。P81（会读，会判断光圈高低，会计算象散差）

补充：在利用玻璃样板法检验光学零件表面面型误差中，是利用光线在两接触面间的空气薄层中产生的干涉条纹来判断被检面相对于标准面的偏差的。 二、泰曼、斐索干涉测量

1、泰曼、斐索干涉的测量原理（哪个共程，哪个不共程，适合测量的面型对比）

2、斐索平面干涉仪如何消除杂散光的影响？p92—93 5、斐索型平面干涉仪光路P93 4-21 哪两个表面产生干涉现象

第六章 光学系统成像性能评测

一、星点检验

1、定性评价光学系统的成像质量。

2、星点检验原理 p152

通过考察一个点光源（即星点）经光学系统后在像面及像面前后不同截面所成的衍射像（即星点像）的光强分布，定性地评定光学系统的成像质量。 4、衍射受限系统星点像光强分布

5、星点检验的光路原理图；最大星孔直径计算方法（公式）max 0.61'c d f D

λ

=例题p154—156 二、分辨率测量

1、定量评价光学系统成像质量，综合性指标。

2、三个判据各自认为准则。

3、理论分辨率随视场增大而下降，而且子午方向的分辨率比弧矢方向下降得更快。

4、线条宽度的计算

5、不同类型的光学系统（望远、照相、显微）的分辨率的具体表达。P159

（1）望远系统：望远系统的物在无限远，用角距离表示刚能分辨的两点间的最小距离，即以望远物镜后焦面上两衍射斑的中心距σ0对物镜后主点的张角α表示分辨率 α＝σ0/f ′=1.22λ/D (2)照相系统：

照相系统以像面上刚能分辨的两衍射斑中心距的倒数表示分辨率 N=1/σ0=1/（1.22λF ）=D/(1.22λf ′) （3）显微系统：

显微系统中以刚能分辨开的两物点间的距离表示分辨率

ε＝σ0/β=0.61λ/NA β为显微物镜的垂轴放大率。

3、熟悉国家专业标准分辨率图案（分组情况）。P161

将85种不同宽度的分辨率线条分成七个组，称为1号到7号板，即A1～A7分辨率板。每号分辨率板包含有25种不同宽度的分辨率线条，同一宽度的分辨率线条又按四个不同的方向排列构成一个“单元”。每号板的中心都是第25号单元。

4、思考题：用1.2米光具座测量某照相物镜的分辨率，其相对孔径为1：4.5，焦距f′=800mm,

刚能分辨开3号分辨率板第13组，求照相物镜的分辨率是多少？

'

'

c

o

f N N

f

三、光学传递函数测量

P175 图6-37 测量过程？传函图横纵坐标代表？光学传递函数由那两部分构成。

第七章光度测量

一、辐射度、光度量基础

1、发光强度（坎德拉cd）、光通量（流明）、光亮度、光照度的单位。

2、视见函数定义

3、光谱光视效能定义，照明工程中高还是低好？

二、积分球

1、积分球的构造、对积分球内壁的要求；开孔比。p186

2、积分球的目的。p186

3、积分球的3个用途。p188—189

4、CIE标准

色温、照明体、光源定义

四、光学系统透射比的测量

1、透射比的定义和分类、公式。P205

2、望远系统积分透射比的测量原理。P205—206

五、光学系统杂光系数的测量

1、什么是杂光？p210

2、照相物镜、望远系统杂光系数的测量方法（点源、面源）。

六、照相物镜像面照度均匀性的测量

1、像面照度随视场角cos4ω的变化的公式

4ω

E

ω= E0cos

2、像面照度均匀性的测量方法